Genombrott inom modern mikroelektronik är beroende av att förstå och manipulera elektronernas rörelse i metall. Att minska tjockleken på metallplåtar till storleksordningen nanometer kan möjliggöra utsökt kontroll över hur metallens elektroner rör sig. Genom att göra det kan man ge egenskaper som inte syns i bulkmetaller, såsom ultrasnabb ledning av elektricitet. Nu har forskare från Osaka University och samarbetspartners syntetiserat en ny klass av nanostrukturerade supergitter. Denna studie möjliggör en ovanligt hög grad av kontroll över elektronernas rörelse i metallhalvledare, vilket lovar att förbättra funktionaliteten hos vardagliga teknologier.

Att justera arkitekturen för nanoskivor av metall, och därmed underlätta avancerade mikroelektroniska funktioner, är fortfarande ett pågående arbete över hela världen. Faktum är att flera Nobelpriser har delats ut i detta ämne. Forskare syntetiserar konventionellt nanostrukturerade supergitter—regelbundet alternerande lager av metaller, inklämda tillsammans—från material av samma dimension; till exempel inklämda 2D-ark. En nyckelaspekt av de nuvarande forskarnas arbete är dess enkla tillverkning av heterodimensionella supergitter; till exempel 1D nanopartikelkedjor inklämda i 2D nanoark.

"Nanoskala heterodimensionella supergitter är vanligtvis utmanande att förbereda, men kan uppvisa värdefulla fysikaliska egenskaper, såsom anisotrop elektrisk ledningsförmåga," förklarar Yung-Chang Lin, senior författare. "Vi utvecklade ett mångsidigt sätt att förbereda sådana strukturer, och på så sätt kommer vi att inspirera syntesen av ett brett utbud av anpassade överbyggnader."

Forskarna använde kemisk ångavsättning - en vanlig nanotillverkningsteknik inom industrin - för att förbereda vanadinbaserade supergitter. Dessa magnetiska halvledare uppvisar vad som är känt som en anisotrop anomal Hall-effekt (AHE):vilket betyder riktad fokuserad laddningsackumulering under magnetfältsförhållanden i planet (där den konventionella Hall-effekten inte observeras). Vanligtvis observeras AHE endast vid ultralåga temperaturer. I den aktuella forskningen observerades AHE vid rumstemperatur och högre, upp till åtminstone ungefär vattnets kokpunkt. Generering av AHE vid praktiska temperaturer kommer att underlätta dess användning i vardagsteknik.

"Ett nyckellöfte för nanoteknik är dess tillhandahållande av funktioner som du inte kan få från bulkmaterial", säger Lin. "Vår demonstration av en okonventionell anomal Hall-effekt vid rumstemperatur och däröver öppnar en mängd möjligheter för framtida halvledarteknologi, alla tillgängliga med konventionella nanotillverkningsprocesser."

Det nuvarande arbetet kommer att bidra till att förbättra tätheten av datalagring, effektiviteten hos belysningen och hastigheten hos elektroniska enheter. Genom att exakt kontrollera arkitekturen i nanoskala av metaller som vanligtvis används inom industrin, kommer forskare att tillverka unikt mångsidig teknologi som överträffar funktionaliteten hos naturliga material.

Artikeln "Heterodimensional superlattice with room-temperature anomalous Hall effect," publicerades i Nature . + Utforska vidare

Forskare reder ut mysteriet med "Hall effect" i jakten på nästa generations minneslagringsenheter